Das Erreichen der Netto-Null bis 2050 bedeutet im Wesentlichen, fossile Brennstoffe in weniger als 30 Jahren vollständig auslaufen zu lassen. Ohne Kupfer ist das nicht möglich, sagen Bruno De Wachter und Fernando Nuño, Vertreter der International Copper Association und Mitglieder des Beirats der internationalen ElektrotechnikmesseCWIEME Berlin. Hier diskutieren sie die Herausforderungen, denen wir in unserer Beziehung zu diesem alten Metall gegenüberstehen.

Die Geschichte der Menschheit mit Kupfer reicht etwa 10.000 Jahre zurück. Die Menschen der Jungsteinzeit verwendeten zunächst natürlich vorkommendes Kupfer für Werkzeuge, Waffen und Schmuckgegenstände, und die Verhüttung von Kupfer leitete vor etwa 5.000 Jahren die Bronzezeit ein. Die Römer bezogen es hauptsächlich aus Zypern und nannten es aes cyprium, „Metall aus Zypern”. Daraus wurde später cuprum, der Ursprung des englischen Wortes „copper”.

In der Römerzeit wurde Kupfer vor allem für die Münzen des Reiches und zur Herstellung von Messing für spezielle Zwecke wie Schmuckstücke und bestimmte Bereiche der Sanitärtechnik und Architektur verwendet. Heute hingegen sind mehr als zwei Drittel (70 Prozent) der modernen Kupferproduktion für elektrische Anwendungen vorgesehen. Kupfer ist in jeder Phase des Stromsystems beteiligt: bei der Erzeugung, der Übertragung und der Nutzung.

Warum Kupfer?

Auf dem Weg zur Netto-Null ist Strom unser wichtigstes Werkzeug, und das Rückgrat unseres Stromnetzes ist Kupfer.

Kupfer ist nach Silber das Metall mit der zweithöchsten Leitfähigkeit und leitfähiger als Gold. Aufgrund ihrer Knappheit und ihres hohen Preises sind diese beiden Edelmetalle jedoch für die Millionen Tonnen, die für ein globales Energienetz benötigt werden, ungeeignet. Die physikalischen Eigenschaften von Kupfer, wie seine Duktilität und Korrosionsbeständigkeit, machen es ideal für unzählige Komponenten wie Kabel, Steckverbinder und Spulen. Schließlich ist es das 25. häufigste Element in der Erdkruste und kann ohne nennenswerten Qualitätsverlust recycelt werden.

Die einzigartigen Eigenschaften von Kupfer festigen seine Position als unverzichtbares Material für die Elektrifizierung, das Energieübertragungssystem, das den Weg der Menschheit zur Netto-Null-Emissionswirtschaft untermauert.

Mehr Leistung, schneller

Mit der Entwicklung der elektrischen Infrastruktur und der Verbesserung des Lebensstandards weltweit werden wir natürlich mehr Megawatt Strom benötigen, um den Bedarf zu decken. Eine Nebenwirkung der Energiewende ist jedoch, dass jedes Megawatt Strom im Endverbrauch mehr Kupfer erfordert als fossile Brennstoffe.

Der Hauptgrund dafür ist, dass die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien viel stärker verteilt ist als die konventionelle thermische Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen, wodurch sie materialintensiver ist. Beispielsweise verfügt jede Windkraftanlage mit einer Leistung von 1 bis 5 MW über einen eigenen Generator, während ein Kohlekraftwerk in der Regel einen Generator mit einer Leistung von 400 MW hat. Eine stärker verteilte Stromerzeugung bedeutet auch, dass das Netz für den Transport des Stroms vom Erzeugungsort zum Verbrauchsort ausgebaut werden muss.

Darüber hinaus ist die Stromerzeugung aus nachhaltigen Quellen oft wetterabhängig. Während Kohle fast rund um die Uhr verbrannt werden kann, benötigt Windkraft eine konstante Brise und Solarenergie funktioniert nur tagsüber. Um natürliche Zeiten mit geringer Leistung auszugleichen, benötigen wir zusätzliche Produktionskapazitäten und Speicher, um mit der Nachfrage Schritt zu halten, was mehr Kupfer für mehr erneuerbare Energiesysteme bedeutet. Dies ist ein weiterer Grund, warum wir ein stärkeres Netz benötigen: Je besser alle Erzeugungs- und Verbrauchsstandorte miteinander verbunden sind, desto einfacher wird es, den Strom dort zu nutzen, wo er gerade verfügbar ist.

Die Erzeugung ist eine Sache, aber Netto-Null bedeutet auch eine Dekarbonisierung der Energie am anderen Ende der Kette: beim Endverbraucher. Kohlenstofffreie Endverbrauchsenergie auf den Straßen bedeutet beispielsweise mehr Elektrofahrzeuge, aber jedes davon benötigt zwei- bis dreimal mehr Kupfer als ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor.

Bis 2040 wird sauberer Strom der größte Verbraucher von Kupfer sein, aber Kupfer wird auch für einige der nicht-elektrischen Systeme verwendet, die den Übergang zu Netto-Null unterstützen. Als ausgezeichneter Wärmeleiter wird Kupfer beispielsweise häufig in Heiz- und Kühlsystemen verwendet, wie sie beispielsweise in Wärmepumpen zu finden sind, die eine wichtige Rolle bei der Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe für Heizzwecke spielen.

Schließlich ist das Streben nach Energieeffizienz selbst kupferintensiv. Nach dem Joule'schen Gesetz ist die Energie, die in einem elektrischen Kabel als Wärme verloren geht, proportional zum Widerstand, und der Widerstand ist umgekehrt proportional zum Kabeldurchmesser – je dicker also ein Kupferkabel ist, desto weniger Energie geht als Wärme verloren und desto effizienter ist das System. Dies gilt auch für die Wicklungen von Transformatoren und Elektromotoren. Im Wesentlichen gilt: Je mehr Kupfer wir in jeder Anwendung verwenden, desto mehr Energie sparen wir.

Ist es genug?

Die Internationale Energieagentur hat zwei Szenarien für die zukünftige Kupfernachfrage veröffentlicht. Das „Stated Policies Scenario” (STEPS) basiert auf den bereits von den Regierungen zugesagten Maßnahmen, während das aggressivere „Sustainable Development Scenario” (SDS) auf dem Erreichen der Netto-Null bis 2050 basiert. Beide Szenarien gehen davon aus, dass die jährliche Kupfernachfrage bis Mitte des Jahrhunderts auf 40 Mio. Tonnen steigen wird (von derzeit rund 26 Mio. Tonnen), entweder bis 2050 im Falle von STEPS oder bis 2040 im Falle von SDS.

Angesichts dieser hohen Zahlen liegt die Frage nahe, ob die Erde über genügend Kupfer verfügt, um unseren Bedarf zu decken. Die kurze Antwort lautet: Ja. Es gibt genügend Ressourcen, um die Energiewende zu unterstützen und die Bedürfnisse der Gesellschaft zu erfüllen. Die Frage ist, ob wir dieses Kupfer schnell genug gewinnen können, um mit STEPS oder SDS Schritt zu halten.

Die Primärkupferproduktion liegt derzeit bei 22 Millionen Tonnen (Mt) pro Jahr. Zusammen mit 4 Mt recyceltem Kupfer deckt dies den aktuellen Bedarf von 26 Mt. Die Nachfrage ist seit über einem Jahrhundert um etwa 3,3 Prozent pro Jahr gestiegen und hat sich etwa alle 30 Jahre verdoppelt. In der Vergangenheit waren das Bevölkerungswachstum, die Elektrifizierung und der Stromverbrauch die treibenden Faktoren für die Kupfernachfrage. Heute sind es die Energiewende und die Verbesserung des globalen Lebensstandards. Derzeit verfügen wir über Kupferreserven für etwa 41 Jahre – Kupfer in den Erden der in Betrieb befindlichen Minen – und über prognostizierte, aber derzeit noch unerschlossene Ressourcen für bis zu 250 Jahre.

Überraschenderweise ist die Anzahl der Jahre, für die Kupferreserven reichen, seit Jahrzehnten in etwa gleich geblieben. Genau wie beim Öl gilt: Je knapper es wird, desto mehr Anstrengungen werden unternommen, um neue Vorkommen zu finden.

Durch die Entwicklung von Alternativen wie Aluminium könnte es möglich sein, unsere Abhängigkeit von Kupfer zu verringern. Aluminium ist etwa dreimal leichter als Kupfer und könnte daher beispielsweise für den Einsatz in Freileitungen von Vorteil sein. Andererseits ist Aluminium aufgrund seines höheren Volumens und der erforderlichen Umgebungsstruktur, um die gleiche Funktionalität wie Kupfer zu bieten, für Anwendungen mit begrenzten Platz- und Gewichtsbedingungen ungeeignet.

Ein weiterer Forschungsbereich ist Graphen, das ebenfalls dreimal leichter als Kupfer, aber mehr als doppelt so leitfähig und aus Kohlenstoff hergestellt wird, der zehnmal häufiger vorkommt. Es ist vielversprechend, aber die Verwendung von Graphen in der Elektroindustrie ist derzeit noch ein Forschungsgebiet, und es wird wahrscheinlich noch Jahrzehnte dauern, bis Graphen eine gängige Alternative zu Kupfer wird.

Wenn das Wachstum mit den historischen Raten weitergeht und die Kupferproduktion entsprechend steigt, wie es seit über 100 Jahren der Fall ist, gibt es keinen Grund zur Sorge. Inzwischen werden jedoch Veränderungen in der Art und Weise, wie wir Kupfer produzieren, eingeführt.

Umweltfreundliche Produktion

Es ist unerlässlich, dass wir das Kupferrecycling maximieren, um Sekundärkupfer im Umlauf zu halten. Die Eigenschaften von elektrischem Kupfer, wie beispielsweise seine Reinheit, begünstigen das Recycling, das zudem wesentlich weniger Auswirkungen hat als der Bergbau. Das derzeitige Recycling von Altmaterial vor und nach dem Verbrauch (10 Mio. Tonnen) deckt jedoch nur ein Drittel des heutigen Bedarfs und ein Fünftel des Bedarfs gemäß dem SDS für 2040. Darüber hinaus wird Altmaterial nach dem Verbrauch erst nach Ablauf der Lebensdauer der Geräte verfügbar, beispielsweise nach etwa 30 Jahren bei Transformatoren.

Grünes Kupfer

Zumindest vorerst ist der Abbau bestehender Ressourcen für Primärkupfer unerlässlich. Tatsächlich kann es ohne Bergbau keine Netto-Null geben. Auch wenn ein Bergbau ohne Auswirkungen unmöglich ist, muss der Bergbau verantwortungsbewusst erfolgen – unter sorgfältiger Abwägung wirtschaftlicher, ökologischer, politischer und sozialer Herausforderungen.

In einigen Fällen ist es schwierig, dieses Gleichgewicht zu finden, wie die Schließung einer der weltweit größten Kupfer-Tagebauminen Ende 2023 zeigt. Als Reaktion auf landesweite Proteste, die von Umweltbedenken bis hin zu Korruptionsvorwürfen reichten, entschied das oberste Gericht Panamas, dass der Vertrag des kanadischen Bergbauunternehmens First Quantum Minerals bei Cobre Panama verfassungswidrig sei, und zwang das Unternehmen, Betrieb . Der Standort in Donoso beschäftigte 7.000 Menschen, trug rund fünf Prozent zum Bruttoinlandsprodukt Panamas bei und produzierte ein Prozent der weltweiten Kupferproduktion.

Internationale Zusammenarbeit und Austausch von Ideen und Fachwissen bei Veranstaltungen wie CWIEME Berlinfördern die Zusammenarbeit innerhalb der Branche und tragen dazu bei, die Vorteile der Kupferverwendung zu maximieren und die Umweltauswirkungen der Kupferproduktion zu reduzieren.

Beispielsweise stammen 0,2 Prozent der weltweiten Kohlenstoffemissionen aus dem Produktionszyklus von Kupfer, vom Abbau über die Veredelung bis hin zur Produktion. Das ist zwar weit weniger als die Emissionen, die durch Kupfer vermieden werden, dennoch haben sich die Mitglieder der International Copper Association das ehrgeizige Ziel gesetzt, bis 2050 Netto-Null-Emissionen für Scope 1 und 2 zu erreichen. Oder betrachten Sie The Copper Mark, einen branchenweiten Standard zur Förderung der verantwortungsvollen Produktion, Beschaffung und Wiederverwertung von Kupfer und anderen kritischen Metallen. Basierend auf 32 Indikatoren deckt die Zertifizierung soziale und ökologische Themen ab, von sozialem Engagement und der Verhinderung von Kinderarbeit bis hin zum verantwortungsvollen Umgang mit Wasser und Ressourcenmanagement.

Seit Jahrtausenden nutzen Menschen Kupfer, um ihr Leben zu verbessern, und mit dem richtigen Ansatz können wir es noch weitere Jahrtausende lang nutzen – vielleicht steht seine größte Blütezeit noch bevor.